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Die Erfindung betrifft einen Nockenwellenversteller sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungsformen von Nockenwellenverstellern bekannt. Ein Beispiel hierfür sind hydraulische Nockenwellenversteller. Hydraulische Nockenwellenversteller können beispielsweise als Nockenwellenversteller ausgestaltet sein, die nach dem Flügelzellenprinzip arbeiten. Bei solchen nach dem Flügelzellenprinzip arbeitenden Nockenwellenverstellern sind Ausgestaltungen bekannt, in welchen zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile als Stator und als Rotor ausgebildet sind, wobei der Rotor eine Anzahl von Flügeln aufweist, welche sich von der Drehachse des Rotors wegweisend erstrecken. Stator und Rotor sind in solchen Nockenwellenverstellern typischerweise koaxial zueinander positioniert, wobei der in einem durch den Stator gebildeten Hohlraum befindliche Rotor gemeinsam mit dem Stator wenigstens zwei Hydraulikkammern ausbildet. Dabei bewirkt in einer solchen Ausgestaltung ein Füllen von einer der Hydraulikkammern mit einem geeigneten Fluid durch den auf den Flügel des Rotors wirkenden Druck eine Verstellung der Nockenwelle und damit eine Veränderung der Öffnungszeiten der Einlass- und/oder Auslassventile des Verbrennungsmotors.
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Aus der
DE 10 2013 107 431 A1 ist ein Nockenwellenversteller mit einem drehbar in einem Stator gelagerten Rotor bekannt, wobei der Rotor zumindest einen im Wesentlichen radial von der Drehachse wegweisenden Flügel aufweist. Eine Oberfläche des Rotors weist eine erste Stirnfläche und eine parallel zur ersten Stirnfläche ausgebildete zweite Stirnfläche auf. Dabei ist an der Oberfläche wenigstens ein Erhebungsprofil ausgebildet. Die Lösung hat jedoch den Nachteil, dass bei einer beidseitigen Strukturierung des Rotors und einem anschließenden Höhenkalibrieren die Erhebungen zwar verdrückt und ein einhüllendes Höhenmaß eingestellt werden kann, jedoch fehlt der Bezug für die Rechtwinkligkeit der stirnseitigen, am Stator anliegenden Rotorflächen zu der Rotationsachse oder Verriegelungsachse des Nockenwellenverstellers.
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Aus der
JP 2000 204 414 A2 ist ein Rotor für einen Nockenwellenversteller bekannt, bei dem ein Dichtelement an der Oberfläche des Rotors ausgebildet ist, um den Reibungswiderstand zu verringern und eine Ölleckage zu vermeiden. Dabei ist an den Flügeln des Rotors ein vorstehender Teil ausgebildet, welcher geringfügig größer als das Spiel zwischen dem Rotor und dem Gehäuse oder einem Deckel des Nockenwellenverstellers ist, sodass eine Ölleckage verhindert werden kann.
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Aus der
DE 10 2011 117 856 A1 ist ein gebauter Rotor für einen Nockenwellenversteller bekannt, welcher in einem Stator um eine Rotationsachse beweglich ist. An dem Rotor sind Flügel ausgebildet, welche sich radial nach außen erstrecken. Der Rotor weist einen ersten Körperteil und einen zweiten Körperteil auf, die mit jeweils aneinander gebrachten Fügeflächen miteinander gefügt sind, wobei in wenigstens einer der Fügeflächen Vertiefungen eingebracht sind, um Fluidkanäle auszubilden. In oder auf den Fügeflächen ist ein Dichtmittel vorgesehen, welches die Fluidkanäle abdichtet und eine definierte Anlage der aufeinander gebrachten Fügeflächen schafft. Nachteilig an einer solchen Lösung ist jedoch, dass nur die radialen Ölkanäle innerhalb des Rotors abgedichtet werden und nicht die Arbeitskammern des Nockenwellenverstellers am Radiallager des Verstellers sowie die Flügelspitzen des Rotors. Dadurch kann das Steueröl aus der Arbeitskammer A durch den geöffneten Fügespalt am Radiallager unter dem Statorsegment oder über die Flügelspitzen in die Arbeitskammer B gelangen und eine erhöhte Leckage verursachen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden und einen Nockenwellenversteller mit einer verbesserten Abdichtung zwischen Rotor und einer der Stirnseiten des Gehäuses bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch einen hydraulischen Nockenwellenversteller für einen Verbrennungsmotor mit einem Stator und einem im Stator drehbar angeordneten Rotor gelöst, wobei der Stator und der Rotor drehverstellbar und konzentrisch um eine gemeinsame Drehachse angeordnet sind, wobei zwischen dem Stator und dem Rotor wenigstens eine Hydraulikkammer ausgebildet ist, wobei die Hydraulikkammer durch einen Flügel des Rotors in mindestens ein Druckkammerpaar aus zwei Druckkammern geteilt ist, wobei der Rotor zumindest aus zwei trennbaren Einzelteilen zusammengesetzt ist, und wobei an zumindest einer der Stirnflächen des Rotors eine Dichtkontur ausgebildet ist, welche sich über eine Grundstruktur der Stirnfläche des Rotors erhebt. Dadurch wird verhindert, dass das Öl aus einer Arbeitskammer in eine andere Arbeitskammer entlang eines geöffneten Fügespaltes abströmen kann und somit eine erhöhte Leckage verursacht. Dadurch wird die von einer Pumpe zu fördernde Ölmenge reduziert, wodurch sich die notwendige Leistung zum Antrieb der Pumpe reduziert. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors reduziert werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterentwicklungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Nockenwellenverstellers möglich.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dichtkontur als geschlossener Linienzug ausgebildet ist. Ein geschlossener Linienzug bildet eine besonders gute Dichtkontur, da hier kein Öl zwischen den Elementen der Dichtkontur durchströmen kann und somit die Leckagemenge des Öls reduziert wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Verbesserung ist vorgesehen, dass die Dichtkontur an einer in Bezug auf die gemeinsame Drehachse des Nockenwellenverstellers axialen Dichtfläche des Rotors ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Dichtung an einer axialen Dichtfläche des Rotors ausgebildet ist, da in diesem Bereich die größte Gefahr von Ölleckage auftritt. Dabei ist bei einem zweiteiligen Rotor an jeder Rotorhälfte jeweils nur eine axiale Dichtfläche auszubilden, wobei durch eine bessere Abstützung der jeweiligen Rotorhälfte die Rechtwinkligkeit der Stirnfläche des Rotors zur Drehachse verbessert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dichtkontur sowohl an einem Grundkörper als auch an den Flügeln des Rotors ausgebildet. Durch eine Dichtkontur sowohl an den Flügeln des Rotors als auch an dem Grundkörper des Rotors kann eine besonders gute Abdichtung der Druckkammern erreicht werden. Besonders bevorzugt ist dabei, wenn eine erste Dichtkontur an dem Grundkörper des Rotors und eine zweite Dichtkontur an den Flügeln des Rotors ausgebildet ist, wobei die erste Dichtkontur auf einem ersten Teilkreis mit einem ersten Abstand zur Drehachse des Nockenwellenverstellers und die zweite Dichtkontur auf einem zweiten Teilkreis mit einem zweiten Abstand zur Drehachse angeordnet sind. Dadurch werden zwei Dichtkonturen ausgebildet, wobei die Druckkammern an beiden Seiten jeweils durch eine Dichtkontur abgedichtet werden. Somit kann eine Ölleckage aus den Druckkammern reduziert bzw. vermieden werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stator eine Stirnseite aufweist, welche durch einen Deckel verschlossen ist, wobei die Dichtkontur auf dem Deckel dichtet. Dadurch kann die Ölleckage in axialer Richtung verringert werden und insbesondere die Ölleckage am Axiallager des Rotors des Nockenwellenverstellers verhindert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erhebt sich die Dichtkontur 0,01 mm bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,02 mm bis 0,04 mm über die Grundstruktur der Stirnfläche. Durch Dichtkonturen mit einer Höhe von 0,01 mm bis 0,1 mm kann eine effiziente Abdichtung in den Spalten zwischen dem Rotor und dem Stator bzw. zwischen dem Rotor und einem Dichtdeckel des Nockenwellenverstellers erfolgen, ohne dass es zu einem Verklemmen der Bauteile kommt. Bei einer Erhebung der Dichtkontur von 0,02 mm bis 0,04 mm über die Grundstruktur wird ein Optimum zwischen Dichtwirkung und zusätzlicher Reibung durch die Dichtkontur erreicht. Durch die relativ geringe Höhe der Dichtkontur kann der Bezug für die Rechtwinkligkeit der Stirnfläche des Rotors zur Drehachse im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen beim Kalibrieren wieder hergestellt werden und der Wert der Rechtwinkligkeitsabweichung auf ein Minimum begrenzt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dichtkontur als separates Dichtelement ausgebildet ist und formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Rotor verbunden ist. Ein separates Dichtelement kann vorteilhaft bei der Herstellung des Rotors sein, da damit die Fertigungsprozesse von Dichtelement und Rotorkörper sowie Flügeln getrennt durchgeführt werden können. Somit kann eine Beschädigung der Dichtkontur während der Fertigung des Rotors vermieden werden. Ist das Dichtelement formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Rotor verbunden, so ist zudem ein Austausch der Dichtkontur möglich, was eine Instandsetzung des Rotors erleichtert.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eines der Einzelteile des Rotors als Sinterteil ausgeführt. Durch die Ausführung als Sinterteil sind komplexe Geometrien ohne oder nur mit einer geringen anschließenden spanenden Bearbeitung des Rotors möglich, sodass die Prozesszeiten in der Fertigung und somit die Fertigungskosten des Rotors sinken.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Nockenwellenverstellers, wobei der Rotor des Nockenwellenverstellers aus mindestens zwei Einzelteilen zusammengesetzt wird, wobei der Rotor einen Grundkörper und zumindest einen radial aus dem Grundkörper austretenden Flügel aufweist, wobei an dem Grundkörper zusammen mit dem Flügel zwei im Wesentlichen parallele Stirnflächen ausgebildet werden, und wobei auf zumindest einer der Stirnflächen eine Dichtkontur ausgebildet wird, welche über eine Grundstruktur der Stirnfläche hervorsteht. Dabei werden die Einzelteile des Rotors vor dem Fügen gepresst, gesintert und kalibriert, sodass ein beschädigungsfreies Handling der Rotorteile beim Fügen möglich ist. Anschließend wird der zusammengefügte Rotor radial und axial auf die notwendigen Maße kalibriert, wobei die für die Rotorfunktion erforderlichen Toleranzen hergestellt werden. Dabei kann der Kalibrierungsprozess so gestaltet werden, dass die Dichtkonturen ihre optimale Dichtwirkung erreichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller mit einem Rotor nach dem Flügelzellenprinzip;
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2 ein Ausführungsbeispiel eines Rotors für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller; und
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3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors für einen Nockenwellenversteller.
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1 zeigt eine Schnittdarstellung durch einen Nockenwellenversteller 1 mit einem Stator 2 und einem Rotor 3 nach dem Flügelzellenprinzip. Dabei ist der Rotor 3 drehbar um eine Drehachse 4 im Stator 2 gelagert. Zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 2 sind Hydraulikkammern 5 ausgebildet, welche durch radial aus einem Grundkörper 14 des Rotors 3 vorstehende Flügel 6 in jeweils eine erste Druckkammer 7 und eine zweite Druckkammer 8 unterteilt werden. An dem Rotor 3 sind ferner Hydraulikkanäle 19 ausgebildet, mit denen ein Ölzufluss oder Ölabfluss zu den Druckkammern 7, 8 ermöglicht wird, um die Lage des Rotors 3 gegenüber dem Stator 2 zu verändern und somit eine Veränderung der Steuerzeiten der Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors zu bewirken. Mit dem Stator 2 verbunden ist ein Kettenrad 20, über welches der Nockenwellenversteller 1 mechanisch über eine Steuerkette oder einen Zahnriemen mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist. Das Kettenrad 20 kann sowohl als separates Bauteil ausgeführt sein und mit dem Stator 2 drehfest verbunden sein, als auch in das Gehäuse des Nockenwellenverstellers 1 integriert sein.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors 3 für einen erfindungsgemäßen Nockenwellenversteller 1 dargestellt. Der Rotor 3 ist aus einer ersten Rotorhälfte 21 und einer zweiten Rotorhälfte 22 zusammengesetzt, wobei die beiden Rotorhälften 21, 22 entlang einer umlaufenden Trennfuge 24 trennbar sind. Beide Rotorhälften 21, 22 weisen jeweils eine Stirnfläche 9 auf, wobei die beiden Stirnflächen 9 des Rotors 3 im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. An den Stirnflächen 9 ist jeweils eine Dichtkontur 10 ausgebildet, mit der der Rotor 3 in axialer Richtung gegen eine Stirnseite 17 des Stators 2 oder eines Dichtdeckels 18 des Stators 2 abgedichtet ist, um ein Überströmen von Öl aus der ersten Druckkammer 7 in die zweite Druckkammer 8 oder umgekehrt entlang eines Spaltes zwischen Rotor 3 und Stator 2 bzw. Dichtdeckel 18 zu vermeiden. Zusätzlich kann eine weitere Dichtung an mindestens einer Stirnfläche 9 zwischen den zwei Rotorhälften 21, 22 vorgesehen sein, um ein Überströmen von Öl aus einem der Hydraulikkanäle 19 in eine nicht direkt mit diesem Hydraulikkanal 19 verbundene Druckkammer 7, 8 zu verhindern. Ferner verhindert die Dichtkontur 10 ein Überströmen von Öl entlang der Flügelspitzen der Flügel 6 des Rotors 3, wodurch ein Überströmen von Öl aus der ersten Druckkammer 7 in die zweite Druckkammer 8 oder andersrum unterbunden wird. Ein mehrteiliger Rotor 3 hat gegenüber einem einteiligen Rotor 3 den Vorteil, dass es wesentlich einfacher und kostengünstiger ist, die Hydraulikkanäle 19 zur Ölversorgung der Druckkammern 7, 8 in den Rotor 3 einzubringen. Zudem kann die Gefahr eines Ausfalls des Nockenwellenverstellers 1 durch Späne oder Partikel verringert werden, da ein mehrteiliger Rotor 3 vor der Montage wesentlich einfacher zu entgraten und zu reinigen ist als ein einteiliger Rotor 3.
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Die Dichtkontur 10 verläuft vorzugsweise als geschlossener Linienzug 11 entlang einer Außenkontur an einer Stirnfläche 9 des Rotors 3. Die Dichtkontur 10 kann einstückig mit den jeweiligen Rotorhälften 21, 22 ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Dichtkontur 10 als separates Bauteil ausgebildet ist und kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Rotor 3 verbunden wird. Dabei erhebt sich die Dichtkontur vorzugsweise ca. 0,02 mm bis 0,04 mm über eine Grundstruktur der Stirnfläche 9 des Rotors, sodass der Rotorkörper auf die geforderte Höhentoleranz ohne eine zusätzliche Nacharbeit, insbesondere ohne einen zusätzlichen Schleifprozess verdrückt wird. Optional können die lokalen Erhebungen der Dichtkontur 10 auch wie in 3 dargestellt an einer Trennfuge 24 an zumindest einer der Rotorhälften 21, 22 vorgesehen werden, wobei die Dichtkontur als Dichtelemente 13 auf einem ersten Teilkreis 15 an dem Grundkörper 14 des Rotors 3 und auf einem zweiten Teilkreis 16 an den Flügeln 6 des Rotors 3 ausgebildet ist. Dadurch ist eine verbesserte Abdichtung der Druckkammern 7, 8 am Radiallager des Nockenwellenverstellers 1 und an den Flügelspitzen der Flügel 6 möglich.
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Die Abdichtung der radialen Hydraulikkanäle 19 im Rotorkörper 14 erfolgt durch axiales Andrücken der Fugengegenflächen aneinander, sodass nach dem Fügen die Trennfuge 24 zwischen den beiden Rotorhälften 21, 22 möglichst dicht bleibt.
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Die beiden Rotorhälften 21, 22 werden vorzugsweise als Sinterteile hergestellt, wobei die beiden Rotorhälften 21, 22 vor dem Fügen gepresst, gesintert und als Bräunlinge an den Schnittstellen kalibriert werden. Dabei sind als Schnittstellen insbesondere Zentrierstifte 23 an den Flügeln 6, die Trennfuge 24 sowie ein Dichtsteg 25 am Innendurchmesser des Rotors 3 vorgesehen. Durch diese Bearbeitung ist ein beschädigungsfreies Handling der Rotorhälften 21, 22 beim Fügen erleichtert.
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Abschließend wird der aus den Rotorhälften 21, 22 zusammengebaute Rotor 3 radial und axial auf die notwendigen Maße kalibriert, sodass die für die Rotorfunktion erforderlichen Toleranzen hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Nockenwellenversteller
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Drehachse
- 5
- Hydraulikkammer
- 6
- Flügel
- 7
- Erste Druckkammer
- 8
- Zweite Druckkammer
- 9
- Stirnfläche
- 10
- Dichtkontur
- 11
- Geschlossener Linienzug
- 12
- Axiale Dichtfläche
- 13
- Dichtelement
- 14
- Grundkörper
- 15
- Erster Teilkreis
- 16
- Zweiter Teilkreis
- 17
- Stirnseite
- 18
- Dichtdeckel
- 19
- Hydraulikkanal
- 20
- Kettenrad
- 21
- Erste Rotorhälfte
- 22
- Zweite Rotorhälfte
- 23
- Stift
- 24
- Trennfuge
- 25
- Dichtsteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013107431 A1 [0003]
- JP 2000204414 A2 [0004]
- DE 102011117856 A1 [0005]
